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[摘 要]随着城市快速发展，高层建筑越来越多，防雷装置接地不规范不合理不到位可能造成雷击事故发生，引发高层建筑被破坏、电梯受损、家用电器被毁、甚至引发火灾等造成公共安全和人身财产损失；为此笔者首先提出高层建筑防雷装置接地的重要性，从高层建筑雷电灾害风险评估、外部防雷、内部防雷等方面探讨防雷装置接地要求；其次通过案例说明高层建筑电涌保护器的重要性；最后强调高层建筑的防雷设计工作一定要按照国家相关规范标准，更好达到防雷减灾效果。
[关键词]防雷高层建筑防雷装置接地
中图分类号：TU895 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）11-0176-02
前言：雷电是大气中的放电现象。雷电产生于雷雨云之中，是发生雷电的先决条件，气象学中，雷雨云叫积雨云。雷电所产生的强大闪电电流、炽热的高温、猛烈的冲击波效应、瞬变静电场和强烈的电磁辐射等物理机械效应，给人类生活带来种种危害。据30年资阳观测气象记录资料分析，资阳年平均雷暴日数高达40.09天，属国家规定的高雷区，每年都有雷电灾害事故发生，据不完全统计，2002～2015年四川资阳共发生雷灾事故69次，造成直接经济损失3000万余元。特别是高层建筑高度的原因，遭受雷击机率多，防雷装置接地质量的好坏直接影响建筑物的安全。为保护国家和人民的生命财产安全，从源头把关，防患于未然，以防雷减灾为最终目的。
1.高层建筑雷电灾害风险评估
根据《四川省雷电灾害防御管理规定》（第235号）、《《防雷减灾管理办法（修订）》第24号令规定要求：大型建设工程、重点工程、爆炸和火灾危险环境、人员密集场所等项目应当进行雷电灾害风险评估，以确保公共安全，因此高层建筑应做好雷电灾害风险评估工作，只有对高层建筑进行风险评估后，才能得知防雷风险点在哪，为防雷前期设计做好源头把关。雷电灾害风险评估计算要涉及建筑物等效截收面积，因计算公式，计算方法、建筑参数的选取都直接影响等效截收面积的结果，因此建筑物等效截收面积计算所需的长、宽、高选取非常关键，长度（L）指施工图设计中标准层平面图上所标注的长度，宽度（W）是指施工图设计中标准层平面图上所标注的宽度，高度（H）是指建筑物室外地面到屋（楼）顶上最高点的高度，只有正确定义了建筑物的长、宽、高，等效截收面积的计算值才科学。雷电灾害风险评估结果作为高层建筑防雷设计及防雷措施的科学指导，在前期设计时是非常重要的环节。
2.高层建筑的外部防雷
雷电的形成有多种原因，以负极性下行先导放雷为主，直击雷破坏性最强，也就是雷直接击在建筑物和设备上而发生的机械效应和热效应，一般建筑物易受直击雷的部位多为屋檐、屋脊、屋角、檐角、女儿墙，还有雷电侧击高层建筑的问题；高层建筑的外部防雷主要是指防直击雷和防侧击雷，其作用是保护建筑物本身不遭受雷击，主要由接闪器、引下线和接地装置组成。
2.1 接闪器
接闪器是防直击雷接受雷电流的金属导体，其形式有避雷网（带）、避雷针、金属屋面等。避雷网（带）应沿屋脊、屋角、屋檐、檐角、女儿墙等易受雷击部位敷設，并按建筑物的防雷等级在整个屋面组成。根据雷击建筑物部位的规律，在建筑物上装设避雷针（网、带），就能可靠吸引强雷和弱雷。屋面避雷网（带）一般采用热镀锌的圆钢或扁钢及热镀锌件，敷设应平正顺直、固定可靠，搭焊长度应满足规范要求。避雷网（带）在经过沉降缝或伸缩缝时应做煨弯补偿处理，避雷带在女儿墙敷设时，一般敷设在女儿墙的中间，当女儿墙宽度较大时，应将避雷带移向女儿墙的外侧处为宜，因为女儿墙的外沿易受雷击。现代高层建筑中也有在屋面上利用金属栏杆做避雷网（带），其材质主要采用钢管或不锈钢管，钢管的壁厚应≮ 2.5mm，钢管直线段对接，转角等部位应采用圆钢或角钢搭接焊，搭焊长度应满足规范要求，栏杆必须与引下线可靠连通。
2.2 引下线
引下线的作用是将避雷带（网）与接地装置连接在一起，使雷电流构成通路，高层建筑柱主筋和梁板钢筋可直接利用作为引下线和均压环，但应注意引下线接地装置、均压环和接闪器间的可靠连接。当建筑物高度超过30m时，每三层沿建筑四周设置均压坏，30m 以上外墙栏杆、金属门窗等较大金属物通过预埋件与均压环或引下线相连；建筑物内的各种竖向金属管道每三层要与均压环连接一次，平行或交叉的管道间也应跨接。
2.3 接地装置
现代高层建筑的防雷接地、电气设备的保护接地和工作接地合在一起组成综合接地系统，接地电阻通常要求4Ω（鉴于目前高层建筑智能化设施日益增加，设计时接地电阻不宜大于1Ω）因为高层建筑的钢筋基础埋地深，与大地的接触面积大，其接地电阻比一般人工接地所得到的电阻低得多，容易满足以上要求，考虑到大部分高层建筑的基础做了防水处理，致使接地电阻增大，所以应尽量在建筑物周边做周圈式接地，周圈式接地可避开防水处理层。同时，由于接地体埋在基础的外边，也具有均衡电位的效果，因而提高了安全性。为防止跨步电压，当防直击雷的人工接地装置距建筑物的入口处以及人行道小于3m时，应采取局部加大深埋、包绝缘物、敷设沥清层以及做均压带等措施。
2.4 侧击雷防护
侧面雷击的保护一般不需专设接闪器。通常根据建筑防雷类别，将各层或隔几层圈梁内的周边主筋焊通，构成均压环，并与防雷引下线相连，然后将金属门窗的框架、金属栏杆、表面装饰物等较大金属物与均压环连接，达到防侧击雷的要求。
在高层建筑施工中，往往电气预埋、金属门窗、幕墙施工不是同一支队伍，应在做好本专业工作的前提下，做好交接与配合。在主体结构施工中，电气预埋队伍进行预埋件的接地连接，而门窗施工队伍应做好金属门窗的可靠接地。通常由圈梁主筋引出圆钢（或扁钢），圆钢（或扁钢）与接地端子板搭焊连接，接地端子板再与固定金属窗框的铁板架采用螺栓锁紧。幕墙主金属框架与接地带或均压环的连接，由幕墙施工单位负责，但土建、安装、装饰应积极主动、密切配合。幕墙防雷应保证立柱与立柱、立柱与横梁之间可靠跨接以及立柱与角码、角码与主体结构预埋件、主体结构预埋件与均压环可靠连接。跨接导线可选用4mm2单芯铜线。导体连接应除净材料表面的保护膜，不同金属材料连接应采取防电化腐蚀的措施。幕墙结构应自上而下与建筑物结构的防雷装置可靠连接。对于与屋面女儿墙平齐的幕墙，其所有金属主构架必须与接闪带（网）进行可靠连接，还必须与高层建筑的均压环进行可靠连接，幕墙底部亦应与防雷装置连接。 3.高层建筑内部防雷
高层建筑内部防雷主要指感应雷防护，即雷电流产生的电磁效应和静电效应；雷电波侵入，雷电流沿电气线路和管道引入建筑物内部，危及设备安全。它主要由等电位连接系统、共用接地系统、合理布线与屏蔽系统、电涌保护器等几部分组成，主要作用减小和防止雷电流所产生的电磁效应。
3.1 等电位连接
等电位是用连接导线或过电压保护器将处在需要防雷空间内的防雷装置、建筑物的金属构架、金属装置、外来的导体物、电气和电讯装置等连接起来。为保证建筑物内部不产生反击和危险的接触电压、跨步电压，应当使建筑物地面、墙板和金属管、线路等都处于同一电位，为此钢筋混凝土建筑物应在各层的适当位置预埋与房屋结构内防雷导体相连的等电位连接板，以便与接地主干线相连。
3.2 共用接地系统
高层建筑内各种金属导体和管道如金属门窗、设备的金属外壳等作等电位连接； 电源线、信号线通过电涌保护器实现等电位连接； 建筑物各处的均压环、起到一定电磁屏蔽作用的钢筋网、各处的电气以及防雷等电位连接导体形成总等电位连接，最后与联合接地系统相连，形成一个理想的“法拉第笼”。
3.3 合理的布线与屏蔽
建筑物中做屏蔽的主要目的是对微电子设备的防护。对有大量微电子设备房间要采取屏蔽措施，使仪器处于无干扰的环境中，为了保证非防雷系统的电气线路在防雷装置接闪时不受影响，应采用金属管布线，这样防止雷电反击的能力强，对防各种电磁脉冲也具有较好的屏蔽能力。穿线钢管和线槽等都应与各楼层的等电位连接板和接地母线相联接，达到良好的屏蔽效果。
用电设备、配电设备、配电线路应采用防雷电波侵入低压系统的措施，从配电盘引出的线路应穿钢管，钢管的一端应与配电盘外壳相连，另一端应与用电设备外壳、保护罩相连，并应就近与屋顶防雷装置相连，在配电盘内，应在开关电源侧与外壳之间装过电压保护器。
3.4 电源保护器
电源浪涌保护器能在极短的时间内避免雷电感应产生的过电压和过电流对接地不良的电气造成破坏，那么电涌保护器到底该怎么安装？需要多大容量的电涌保护器才能起到保护作用呢？必须根据建筑物雷电防护等级来确定，而电子信息系统雷电防护等级是根据防雷装置拦截效率E来确定，防雷装置拦截效率公式为E=1—Nc/N，根据资阳实际计算E值为0.90≤E≤0.98，也就是说資阳高层建筑雷电防护等级为B级；根据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB 50343-2012要求（见图表），电涌保护器应按B级要求配置，而有的高层建筑为了节约成本，雷电防护等级明明为B级却按C级要求配置，这样电气设备得不到保护，绝对不允许。另外电源浪涌保护器应安装在线路进入建筑物入口、防雷区界面和靠近被保护设备处。在安装处的连接导线应短直，其总长度不宜大于0.5m，并固定牢靠。
4.4 案例分析
4.4.1 高层建筑小区雷灾概述
2013年6月18日～20日，简阳市（属于资阳市管辖内）出现了局部强对流天气过程，据四川省雷电监测系统显示，18日19时49分～20日23时43分，简阳市共发生落雷13742次，最大正闪雷电流强度为135.8kA，最大负闪雷电流强度为-59.7kA。
简阳市鳌山国际社区离沱江河不远，小区内高层建筑较多，大多为25层，共有22部电梯。各楼房均安装有防直击雷的接闪短杆，总配电房、各楼房电梯的配电箱内均安有防感应雷的电源SPD。但其电源SPD没有提供《检验报告》；PLC电源输入端无SPD，电梯的控制信号系统无SPD；另外进入电梯房5方通话的架空线路也没有设置信号避雷器，造成简阳市鳌山国际社区2栋、7栋和8栋楼的电梯遭雷击，坏电梯3部（2012年击坏5部），均是PLC电子板上的信号采集芯片损坏，经济损失达8万元左右。
4.4.2 原因分析
电梯防雷装置不完善，或防雷设置不适配技术要求所致。如电源系统SPD的安装设置不能满足能量匹配要求，SPD的接线均超过0.5m；电梯的控制信号系统无SPD，是导致电梯PLC电子板遭感应雷所致；另外进入电梯房5方通话的架空线路没有设置SPD，也是使其遭雷击原因之一。
5.总结
高层建筑防雷是一个复杂的系统工程，对建筑物的安全使用、电气设备的正常运行有着至关重要的作用，在设计施工中除严格遵守国家相关防雷标准外，还应积极采用可靠的技术，有效预防消除雷电灾害的发生。
参考文献
[1] 王厚余等.电位联结在防雷中的应用[J]。电世界，1999（6）：1～3.
[2] 王时煦等.建筑物防雷及其运行经验[J]。建筑电气，1994（3）：5～11.
[3] 吴建国等.建筑防雷工程安装注意要点[J]。安装，2003（2）：30～31.
[4] 四川省气象局.雷灾害典型事例汇编（2002-2015内部资料）.
[关键词]防雷高层建筑防雷装置接地
中图分类号：TU895 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）11-0176-02
前言：雷电是大气中的放电现象。雷电产生于雷雨云之中，是发生雷电的先决条件，气象学中，雷雨云叫积雨云。雷电所产生的强大闪电电流、炽热的高温、猛烈的冲击波效应、瞬变静电场和强烈的电磁辐射等物理机械效应，给人类生活带来种种危害。据30年资阳观测气象记录资料分析，资阳年平均雷暴日数高达40.09天，属国家规定的高雷区，每年都有雷电灾害事故发生，据不完全统计，2002～2015年四川资阳共发生雷灾事故69次，造成直接经济损失3000万余元。特别是高层建筑高度的原因，遭受雷击机率多，防雷装置接地质量的好坏直接影响建筑物的安全。为保护国家和人民的生命财产安全，从源头把关，防患于未然，以防雷减灾为最终目的。
1.高层建筑雷电灾害风险评估
根据《四川省雷电灾害防御管理规定》（第235号）、《《防雷减灾管理办法（修订）》第24号令规定要求：大型建设工程、重点工程、爆炸和火灾危险环境、人员密集场所等项目应当进行雷电灾害风险评估，以确保公共安全，因此高层建筑应做好雷电灾害风险评估工作，只有对高层建筑进行风险评估后，才能得知防雷风险点在哪，为防雷前期设计做好源头把关。雷电灾害风险评估计算要涉及建筑物等效截收面积，因计算公式，计算方法、建筑参数的选取都直接影响等效截收面积的结果，因此建筑物等效截收面积计算所需的长、宽、高选取非常关键，长度（L）指施工图设计中标准层平面图上所标注的长度，宽度（W）是指施工图设计中标准层平面图上所标注的宽度，高度（H）是指建筑物室外地面到屋（楼）顶上最高点的高度，只有正确定义了建筑物的长、宽、高，等效截收面积的计算值才科学。雷电灾害风险评估结果作为高层建筑防雷设计及防雷措施的科学指导，在前期设计时是非常重要的环节。
2.高层建筑的外部防雷
雷电的形成有多种原因，以负极性下行先导放雷为主，直击雷破坏性最强，也就是雷直接击在建筑物和设备上而发生的机械效应和热效应，一般建筑物易受直击雷的部位多为屋檐、屋脊、屋角、檐角、女儿墙，还有雷电侧击高层建筑的问题；高层建筑的外部防雷主要是指防直击雷和防侧击雷，其作用是保护建筑物本身不遭受雷击，主要由接闪器、引下线和接地装置组成。
2.1 接闪器
接闪器是防直击雷接受雷电流的金属导体，其形式有避雷网（带）、避雷针、金属屋面等。避雷网（带）应沿屋脊、屋角、屋檐、檐角、女儿墙等易受雷击部位敷設，并按建筑物的防雷等级在整个屋面组成。根据雷击建筑物部位的规律，在建筑物上装设避雷针（网、带），就能可靠吸引强雷和弱雷。屋面避雷网（带）一般采用热镀锌的圆钢或扁钢及热镀锌件，敷设应平正顺直、固定可靠，搭焊长度应满足规范要求。避雷网（带）在经过沉降缝或伸缩缝时应做煨弯补偿处理，避雷带在女儿墙敷设时，一般敷设在女儿墙的中间，当女儿墙宽度较大时，应将避雷带移向女儿墙的外侧处为宜，因为女儿墙的外沿易受雷击。现代高层建筑中也有在屋面上利用金属栏杆做避雷网（带），其材质主要采用钢管或不锈钢管，钢管的壁厚应≮ 2.5mm，钢管直线段对接，转角等部位应采用圆钢或角钢搭接焊，搭焊长度应满足规范要求，栏杆必须与引下线可靠连通。
2.2 引下线
引下线的作用是将避雷带（网）与接地装置连接在一起，使雷电流构成通路，高层建筑柱主筋和梁板钢筋可直接利用作为引下线和均压环，但应注意引下线接地装置、均压环和接闪器间的可靠连接。当建筑物高度超过30m时，每三层沿建筑四周设置均压坏，30m 以上外墙栏杆、金属门窗等较大金属物通过预埋件与均压环或引下线相连；建筑物内的各种竖向金属管道每三层要与均压环连接一次，平行或交叉的管道间也应跨接。
2.3 接地装置
现代高层建筑的防雷接地、电气设备的保护接地和工作接地合在一起组成综合接地系统，接地电阻通常要求4Ω（鉴于目前高层建筑智能化设施日益增加，设计时接地电阻不宜大于1Ω）因为高层建筑的钢筋基础埋地深，与大地的接触面积大，其接地电阻比一般人工接地所得到的电阻低得多，容易满足以上要求，考虑到大部分高层建筑的基础做了防水处理，致使接地电阻增大，所以应尽量在建筑物周边做周圈式接地，周圈式接地可避开防水处理层。同时，由于接地体埋在基础的外边，也具有均衡电位的效果，因而提高了安全性。为防止跨步电压，当防直击雷的人工接地装置距建筑物的入口处以及人行道小于3m时，应采取局部加大深埋、包绝缘物、敷设沥清层以及做均压带等措施。
2.4 侧击雷防护
侧面雷击的保护一般不需专设接闪器。通常根据建筑防雷类别，将各层或隔几层圈梁内的周边主筋焊通，构成均压环，并与防雷引下线相连，然后将金属门窗的框架、金属栏杆、表面装饰物等较大金属物与均压环连接，达到防侧击雷的要求。
在高层建筑施工中，往往电气预埋、金属门窗、幕墙施工不是同一支队伍，应在做好本专业工作的前提下，做好交接与配合。在主体结构施工中，电气预埋队伍进行预埋件的接地连接，而门窗施工队伍应做好金属门窗的可靠接地。通常由圈梁主筋引出圆钢（或扁钢），圆钢（或扁钢）与接地端子板搭焊连接，接地端子板再与固定金属窗框的铁板架采用螺栓锁紧。幕墙主金属框架与接地带或均压环的连接，由幕墙施工单位负责，但土建、安装、装饰应积极主动、密切配合。幕墙防雷应保证立柱与立柱、立柱与横梁之间可靠跨接以及立柱与角码、角码与主体结构预埋件、主体结构预埋件与均压环可靠连接。跨接导线可选用4mm2单芯铜线。导体连接应除净材料表面的保护膜，不同金属材料连接应采取防电化腐蚀的措施。幕墙结构应自上而下与建筑物结构的防雷装置可靠连接。对于与屋面女儿墙平齐的幕墙，其所有金属主构架必须与接闪带（网）进行可靠连接，还必须与高层建筑的均压环进行可靠连接，幕墙底部亦应与防雷装置连接。 3.高层建筑内部防雷
高层建筑内部防雷主要指感应雷防护，即雷电流产生的电磁效应和静电效应；雷电波侵入，雷电流沿电气线路和管道引入建筑物内部，危及设备安全。它主要由等电位连接系统、共用接地系统、合理布线与屏蔽系统、电涌保护器等几部分组成，主要作用减小和防止雷电流所产生的电磁效应。
3.1 等电位连接
等电位是用连接导线或过电压保护器将处在需要防雷空间内的防雷装置、建筑物的金属构架、金属装置、外来的导体物、电气和电讯装置等连接起来。为保证建筑物内部不产生反击和危险的接触电压、跨步电压，应当使建筑物地面、墙板和金属管、线路等都处于同一电位，为此钢筋混凝土建筑物应在各层的适当位置预埋与房屋结构内防雷导体相连的等电位连接板，以便与接地主干线相连。
3.2 共用接地系统
高层建筑内各种金属导体和管道如金属门窗、设备的金属外壳等作等电位连接； 电源线、信号线通过电涌保护器实现等电位连接； 建筑物各处的均压环、起到一定电磁屏蔽作用的钢筋网、各处的电气以及防雷等电位连接导体形成总等电位连接，最后与联合接地系统相连，形成一个理想的“法拉第笼”。
3.3 合理的布线与屏蔽
建筑物中做屏蔽的主要目的是对微电子设备的防护。对有大量微电子设备房间要采取屏蔽措施，使仪器处于无干扰的环境中，为了保证非防雷系统的电气线路在防雷装置接闪时不受影响，应采用金属管布线，这样防止雷电反击的能力强，对防各种电磁脉冲也具有较好的屏蔽能力。穿线钢管和线槽等都应与各楼层的等电位连接板和接地母线相联接，达到良好的屏蔽效果。
用电设备、配电设备、配电线路应采用防雷电波侵入低压系统的措施，从配电盘引出的线路应穿钢管，钢管的一端应与配电盘外壳相连，另一端应与用电设备外壳、保护罩相连，并应就近与屋顶防雷装置相连，在配电盘内，应在开关电源侧与外壳之间装过电压保护器。
3.4 电源保护器
电源浪涌保护器能在极短的时间内避免雷电感应产生的过电压和过电流对接地不良的电气造成破坏，那么电涌保护器到底该怎么安装？需要多大容量的电涌保护器才能起到保护作用呢？必须根据建筑物雷电防护等级来确定，而电子信息系统雷电防护等级是根据防雷装置拦截效率E来确定，防雷装置拦截效率公式为E=1—Nc/N，根据资阳实际计算E值为0.90≤E≤0.98，也就是说資阳高层建筑雷电防护等级为B级；根据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB 50343-2012要求（见图表），电涌保护器应按B级要求配置，而有的高层建筑为了节约成本，雷电防护等级明明为B级却按C级要求配置，这样电气设备得不到保护，绝对不允许。另外电源浪涌保护器应安装在线路进入建筑物入口、防雷区界面和靠近被保护设备处。在安装处的连接导线应短直，其总长度不宜大于0.5m，并固定牢靠。
4.4 案例分析
4.4.1 高层建筑小区雷灾概述
2013年6月18日～20日，简阳市（属于资阳市管辖内）出现了局部强对流天气过程，据四川省雷电监测系统显示，18日19时49分～20日23时43分，简阳市共发生落雷13742次，最大正闪雷电流强度为135.8kA，最大负闪雷电流强度为-59.7kA。
简阳市鳌山国际社区离沱江河不远，小区内高层建筑较多，大多为25层，共有22部电梯。各楼房均安装有防直击雷的接闪短杆，总配电房、各楼房电梯的配电箱内均安有防感应雷的电源SPD。但其电源SPD没有提供《检验报告》；PLC电源输入端无SPD，电梯的控制信号系统无SPD；另外进入电梯房5方通话的架空线路也没有设置信号避雷器，造成简阳市鳌山国际社区2栋、7栋和8栋楼的电梯遭雷击，坏电梯3部（2012年击坏5部），均是PLC电子板上的信号采集芯片损坏，经济损失达8万元左右。
4.4.2 原因分析
电梯防雷装置不完善，或防雷设置不适配技术要求所致。如电源系统SPD的安装设置不能满足能量匹配要求，SPD的接线均超过0.5m；电梯的控制信号系统无SPD，是导致电梯PLC电子板遭感应雷所致；另外进入电梯房5方通话的架空线路没有设置SPD，也是使其遭雷击原因之一。
5.总结
高层建筑防雷是一个复杂的系统工程，对建筑物的安全使用、电气设备的正常运行有着至关重要的作用，在设计施工中除严格遵守国家相关防雷标准外，还应积极采用可靠的技术，有效预防消除雷电灾害的发生。
参考文献
[1] 王厚余等.电位联结在防雷中的应用[J]。电世界，1999（6）：1～3.
[2] 王时煦等.建筑物防雷及其运行经验[J]。建筑电气，1994（3）：5～11.
[3] 吴建国等.建筑防雷工程安装注意要点[J]。安装，2003（2）：30～31.
[4] 四川省气象局.雷灾害典型事例汇编（2002-2015内部资料）.